JPWO2020008844A1 - 電気回路装置 - Google Patents

Abstract

導体からのノイズの影響を低減し、安定した動作を確保できる電気回路装置を提供する。電力変換装置１は、スイッチング素子１３を有するスイッチング回路部１４、ドライバＩＣ１８が実装される実装面１５ａを有するドライバ回路基板１５、スイッチング回路部１４と電気的に接続される長尺状の交流バスバー１７、交流バスバー１７に流れる電流を検出する電流検出素子１９、電流検出素子１９を外部磁界から遮蔽する磁気遮蔽部２０を備える。実装面１５ａの法線方向からドライバＩＣ１８を見たときに、ドライバＩＣ１８は全体が磁気遮蔽部２０と重なる位置に配置されている。

Description

本発明は、電気回路装置に関する。

電気回路装置として、バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換する電力変換装置が知られている。このような電力変換装置において、電流を検出する電流センサが配置されている。最近では、電力変換装置の小型化及び低コスト化を図るために、体積が比較的大きく且つ高価な集磁コアを使わない、いわゆるコアレスタイプの電流センサの採用が進んでいる。コアレスタイプの電流センサを有する電力変換装置は、例えば下記特許文献１に記載のように、バスバーからなる導体と、バスバーに流れる電流を検出する電流検出素子と、電流検出素子を外部磁界から遮蔽する磁気遮蔽部とを備えている。

特開２０１５−０４９１８４号公報

コアレスタイプの電流センサを採用することにより、電力変換装置の小型化及び低価格化を実現できる。しかし、小型化に伴ってドライバＩＣを有するドライバ回路基板がバスバーに近接した位置に配置されることになるので、コアレストランスを内蔵したドライバＩＣはバスバーからのノイズの影響を受け易くなる。このため、ドライバＩＣの誤作動を引き起こし、ドライバＩＣの安定した動作を確保し難い問題が生じている。

本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、導体からのノイズの影響を低減し、安定した動作を確保できる電気回路装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電気回路装置は、スイッチング素子を有するスイッチング回路部と、前記スイッチング素子に駆動信号を出力するドライバＩＣが実装される実装面を有するドライバ回路基板と、前記スイッチング回路部と電気的に接続される長尺状の導体と、前記導体に流れる電流を検出する電流検出素子と、前記電流検出素子を外部磁界から遮蔽する磁気遮蔽部と、を備え、前記実装面の法線方向から前記ドライバＩＣを見たときに、前記ドライバＩＣは、少なくとも一部が前記磁気遮蔽部と重なる位置、又は／及び、前記導体の長手方向と直交する方向において前記磁気遮蔽部を挟んで両側の領域と重なる位置に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、電流検出素子を外部磁界から遮蔽する磁気遮蔽部を備えるので、磁気遮蔽部は導体に流れる電流が発する磁束を集め、磁束が電流検出素子を横切るときに磁束の分布を安定させることにより、導体からのノイズを低減ことができる。そして、ドライバＩＣは少なくとも一部が磁気遮蔽部と重なる位置、又は／及び、導体の長手方向と直交する方向において磁気遮蔽部を挟んで両側の領域と重なる位置に配置されることで、導体からのノイズの影響を低減することができる。その結果、ノイズによるドライバＩＣの誤作動を防止することができ、ドライバＩＣの安定した動作を確保することができる。

第１実施形態に係る電力変換装置を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 電力変換装置の構造を示す模式断面図である。 交流バスバーの配置を示す平面図である。 ドライバＩＣの配置位置を説明するための模式図である。 ドライバＩＣの配置位置の変形例を説明する模式図である。 ドライバＩＣの配置位置の変形例を説明する模式図である。 ドライバＩＣの配置位置の変形例を説明する模式図である。 ドライバＩＣの配置位置の変形例を説明する模式図である。 磁気遮蔽部の形状の変形例を示す模式断面図である。 磁気遮蔽部の形状の変形例を示す模式断面図である。 磁気遮蔽部の形状の変形例を示す模式断面図である。 第２実施形態に係る電力変換装置を示す模式断面図である。 第３実施形態に係る電力変換装置を示す模式断面図である。

以下、図面を参照して本発明に係る電気回路装置の実施形態について説明する。ここでは、電気回路装置として電力変換装置の例を挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、電力変換装置以外の電気回路装置にも適用できる。また、以下の説明において、上下、左右の方向及び位置は、図面に表示された状態に対応する便宜的な方向及び位置であって、電力変換装置の姿勢や配置を限定するものではない。

[第１実施形態]
図１は第１実施形態に係る電力変換装置を示す斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図３は電力変換装置の構造を示す模式断面図であり、図４は交流バスバーの配置を示す平面図であり、図５はドライバＩＣの配置位置を説明するための模式図である。本実施形態の電力変換装置１は、バッテリから供給される直流電力を交流電力に変換し、モータ等を駆動させるために用いられるものである。この電力変換装置１は、略直方体形状を呈しており、内部にスイッチング回路部１４やドライバ回路基板１５等を収容する空間が形成されたケース１０と、ネジ止めでケース１０の上部に取り付けられた金属ベース板１１と、金属ベース板１１の上方に固定される制御基板１２とを備えている。

図２に示すように、ケース１０の内部下方には、複数（ここでは、６個）のスイッチング素子１３を有するスイッチング回路部１４が収容されている。スイッチング回路部１４は、直流電力を交流電力に変換する変換回路を有する。６個のスイッチング素子１３は、一定の間隔を持って左右方向に沿って並設されている。そして、金属ベース板１１とスイッチング回路部１４との間には、上方から下方に向かってドライバ回路基板１５、電流センサ基板１６、複数本（ここでは、６本）の交流バスバー１７がこの順に配置されている。

ドライバ回路基板１５は、複数（ここでは、１２個）のドライバＩＣ１８が実装される実装面１５ａを有する。本実施形態において、実装面１５ａがドライバ回路基板１５の上面であるため、ドライバＩＣ１８はドライバ回路基板１５の上面に実装されることになっているが、必要に応じてドライバ回路基板１５の下面に実装されても良い。

１２個のドライバＩＣ１８は、２つ一組として上述した６個のスイッチング素子１３に対応するように配置されている。すなわち、１個のスイッチング素子１３につき、２個のドライバＩＣ１８が対応するようになっている。これらのドライバＩＣ１８は、それぞれ対応するスイッチング素子１３に駆動信号を出力する。

６本の交流バスバー１７は、６個のスイッチング素子１３に対して１対１で配置されている。これの交流バスバー１７は、それぞれ特許請求の範囲に記載の「導体」に相当するものであって、スイッチング回路部１４と電気的に接続されるとともに、２つの三相モータのそれぞれのＵ相、Ｖ相、Ｗ相に交流電力を伝達する。より具体的には、交流バスバー１７は、例えばアルミニウム等の金属板によって長尺状に形成され、一端部がスイッチング回路部１４と接続され、他端部がケース１０から張り出す出力端子部１７ａを形成する。そして、６本の交流バスバー１７は、長手方向と直交する幅方向がスイッチング素子１３の並設方向と一致するように並設されている。

図４に示すように、これらの交流バスバー１７は、直流電力を伝達する直流バスバー２５と樹脂モールドで一体的に形成されている。直流バスバー２５は、特許請求の範囲に記載の「導体」に相当するものであり、樹脂モールドに埋め込まれている。直流バスバー２５は、交流バスバー１７と同様にアルミニウム等の金属板によって長尺状に形成され、ケース１０から突設された直流電源端子２６と接続されている。

交流バスバー１７の上方には、６個の電流検出素子１９が実装された電流センサ基板１６が配置されている。６個の電流検出素子１９は、６本の交流バスバー１７に対して１対１で設けられるとともに、対応する交流バスバー１７の直上位置に配置されている。電流検出素子１９は、例えば磁電変換素子としてのホール素子やホールＩＣからなり、交流バスバー１７に流れる電流を検出し、その検出した結果を制御基板１２に出力する。なお、本実施形態において、電流検出素子１９は、電流センサ基板１６の上面に実装されているが、必要に応じて電流センサ基板１６の下面に実装されても良い。

また、本実施形態では、電力変換装置１は、各電流検出素子１９を外部磁界から遮蔽する磁気遮蔽部２０を備えている。磁気遮蔽部２０は、上方に開口部を有する断面コ字状を呈しており、交流バスバー１７の一部と電流検出素子１９とを取り囲むように配置されている。この磁気遮蔽部２０は、交流バスバー１７とスイッチング素子１３との間に位置するとともに交流バスバー１７の幅方向に延びる底板部２０ａと、底板部２０ａにおける交流バスバー１７の幅方向の両端部から立設されて互いに対向する一対の側板部２０ｂ，２０ｃとを有する。ドライバ回路基板１５は、磁気遮蔽部２０の開口部と対向するように配置されている。

磁気遮蔽部２０の側板部２０ｂ，２０ｃは、電流センサ基板１６を貫通し、バスバー１７の幅方向の両側から該バスバー１７を囲むように、ドライバ回路基板１５と電流センサ基板１６との間の空間まで延びている。このような構造を有する磁気遮蔽部２０は、例えば薄いケイ素鋼板、パーマロイ、鉄などの金属板をコ字状に折り曲げることで形成され、樹脂モールドで電流センサ基板１６と一体化されている。

そして、電流が交流バスバー１７の長手方向に沿って流れると、交流バスバー１７の周囲に磁束が発生する。磁気遮蔽部２０は、交流バスバー１７の一部を取り囲むので、交流バスバー１７に流れる電流が発する磁束を集め、磁束が電流検出素子１９を横切るときに磁束の分布を安定させる。これによって、交流バスバー１７からのノイズによる電流検出素子１９への影響を低減することができる。電流検出素子１９は、交流バスバー１７の電流に比例する磁束を検知して、該磁束に比例した電流を検出値として制御基板１２に出力する。このように交流バスバー１７に流れる電流の値を制御基板１２にフィードバックすることで、モータ制御を高精度に行うことが可能になる。

また、本実施形態において、ドライバ回路基板１５の実装面１５ａの法線方向からドライバＩＣ１８を見たときに、ドライバＩＣ１８は、全体が磁気遮蔽部２０と重なる位置に配置されている。具体的には、図５に示すように、ドライバ回路基板１５の実装面１５ａの法線方向からドライバＩＣ１８（すなわち、上方からドライバＩＣ１８）を見た場合、磁気遮蔽部２０の領域を第１領域Ｓ１としたときに、ドライバＩＣ１８の全体が第１領域Ｓ１と重なっている。

このように構成された電力変換装置１によれば、磁気遮蔽部２０が交流バスバー１７からのノイズを減らすことができるので、ドライバＩＣ１８はその全体が第１領域Ｓ１と重なる位置に配置されることで、交流バスバー１７からのノイズの影響を低減し、ノイズに起因するドライバＩＣ１８の誤作動を防止することができる。従って、ドライバＩＣ１８が交流バスバー１７に近接した位置に配置されても、ドライバＩＣ１８の安定した動作を確保することができる。

なお、本実施形態の電力変換装置１については、様々な変形例が考えられる。

[ドライバＩＣの配置位置に関する変形例]
まず、ドライバＩＣ１８の配置位置については、上述のようにその全体が第１領域Ｓ１と重なる位置に配置されることに限定されない。ドライバ回路基板１５の実装面１５ａの法線方向からドライバＩＣ１８を見た場合、交流バスバー１７の幅方向において磁気遮蔽部２０を挟んで左右両側の領域を第２領域Ｓ２としたときに、ドライバＩＣ１８は、少なくとも一部が上述の第１領域Ｓ１と重なる位置に配置されても良く、又は／及び、第２領域Ｓ２と重なる位置に配置されても良い。

例えば図６に示す変形例では、各磁気遮蔽部２０に対応する２個のドライバＩＣ１８は、それぞれ磁気遮蔽部２０における交流バスバー１７の長手方向の一端部付近に配置されている。ドライバＩＣ１８の一部は第１領域Ｓ１と重なり、他部分は第１領域Ｓ１と重ならないようになっている。このような場合においても、上述の実施形態と同様な作用効果を得られる。

また、図７に示す変形例では、各磁気遮蔽部２０に対応する２個のドライバＩＣ１８は、磁気遮蔽部２０における交流バスバー１７の幅方向の両端部付近に配置されている。具体的には、２個のドライバＩＣ１８のうちの一方は磁気遮蔽部２０の左端部、他方は磁気遮蔽部２０の右端部に配置されている。そして、ドライバＩＣ１８の一部は第１領域Ｓ１と重なり、他部分は第２領域Ｓ２と重なるようになっている。このような場合においても、上述の実施形態と同様な作用効果を得られる。

また、図８に示す変形例では、各磁気遮蔽部２０に対応する２個のドライバＩＣ１８は、それぞれの全体が第２領域Ｓ２と重なる位置に配置されている。換言すれば、ドライバＩＣ１８は、隣接する磁気遮蔽部２０同士の間の領域と重なる位置に配置されている。このような場合においても、上述の実施形態と同様な作用効果を得られる。

また、図９に示す変形例では、各磁気遮蔽部２０に対応する２個のドライバＩＣ１８のうちの一方はその全体が第１領域Ｓ１と重なる位置に配置され、他方はその全体が第２領域Ｓ２と重なる位置に配置されている。このような場合においても、上述の実施形態と同様な作用効果を得られる。

[磁気遮蔽部の形状に関する変形例]
次に、ドライバ回路基板１５は、磁気遮蔽部の開口部以外の部分と対向するように配置されても良い。

例えば、図１０に示す変形例では、磁気遮蔽部２１は、側方（ここでは、左側）に開口部を有する断面コ字状を呈しており、上下方向において互いに対向する天板部２１ａと底板部２１ｂと、天板部２１ａ及び底板部２１ｂを連結する右側板部２１ｃとを有する。そして、ドライバ回路基板１５は、磁気遮蔽部２１の天板部２１ａと対向するように該天板部２１ａの上方に配置されている。なお、磁気遮蔽部２１は、上述の磁気遮蔽部２０と同じ材料によって形成されている。

本変形例によれば、上述の実施形態と同様な作用効果を得られるほか、ドライバ回路基板１５は磁気遮蔽部２１の開口部以外の部分と対向するように配置されるので、ドライバ回路基板１５が磁気遮蔽部の開口部と対向して配置される場合と比べて、開口部から漏れた磁束の影響が少なくなる。このため、交流バスバー１７からのノイズの影響低減効果を更に高めることができ、ドライバＩＣ１８の安定した動作をより確保し易くなる。

また、図１１に示す変形例では、磁気遮蔽部２２は、側方（ここでは、右側）に開口部を有する断面コ字状を呈しており、上下方向において互いに対向する天板部２２ａと底板部２２ｂと、天板部２２ａ及び底板部２２ｂを連結する左側板部２２ｃとを有する。そして、ドライバ回路基板１５は、磁気遮蔽部２２の天板部２２ａと対向するように該天板部２２ａの上方に配置されている。なお、磁気遮蔽部２２は、上述の磁気遮蔽部２０と同じ材料によって形成されている。

本変形例によれば、上述の実施形態と同様な作用効果を得られるほか、ドライバ回路基板１５は磁気遮蔽部２２の開口部以外の部分と対向するように配置されるので、ドライバ回路基板１５が磁気遮蔽部の開口部と対向して配置される場合と比べて、開口部から漏れた磁束の影響が少なくなる。このため、交流バスバー１７からのノイズの影響低減効果を更に高めることができ、ドライバＩＣ１８の安定した動作をより確保し易くなる。

また、図１２に示す変形例では、磁気遮蔽部２３は、下方に開口部を有する断面コ字状を呈しており、交流バスバー１７の幅方向に延びる天板部２３ａと、天板部２３ａにおける交流バスバー１７の幅方向の両端部から垂設されて互いに対向する一対の側板部２３ｂ，２３ｃとを有する。そして、ドライバ回路基板１５は、磁気遮蔽部２３の天板部２３ａと対向するように該天板部２３ａの上方に配置されている。なお、磁気遮蔽部２３は、上述の磁気遮蔽部２０と同じ材料によって形成されている。

本変形例によれば、上述の実施形態と同様な作用効果を得られるほか、ドライバ回路基板１５は磁気遮蔽部２３の開口部以外の部分と対向するように配置されるので、ドライバ回路基板１５が磁気遮蔽部の開口部と対向して配置される場合と比べて、開口部から漏れた磁束の影響が少なくなる。このため、交流バスバー１７からのノイズの影響低減効果を更に高めることができ、ドライバＩＣ１８の安定した動作をより確保し易くなる。

[第２実施形態]
図１３は第２実施形態に係る電力変換装置を示す模式断面図である。本実施形態の電力変換装置１Ａは、制御基板が電流センサ基板の機能を兼ねる点において上述の第１実施形態と異なっている。その他の構造は第１実施形態と同様であるので、重複説明を省略する。

図１３に示すように、本実施形態の電力変換装置１Ａでは、電流センサ基板が設けられておらず、電流検出素子１９が制御基板１２に直接実装されている。より具体的には、電流検出素子１９は、制御基板１２において、対応する交流バスバー１７の直上位置に実装されている。磁気遮蔽部２０は、その側板部２０ｂ，２０ｃが制御基板１２を貫通した状態で、モールド樹脂によって制御基板１２と一体化されている。一方、ドライバＩＣ１８が実装されたドライバ回路基板１５は、磁気遮蔽部２０の底板部２０ａと対向するように、磁気遮蔽部２０の下方に配置されている。

このように構成された電力変換装置１Ａによれば、上述の第１実施形態と同様な作用効果を得られるほか、電流センサ基板を省くことで、部品の点数が少なくなるので、コスト削減及び電力変換装置１Ａの薄型化を図ることができる。更に、ドライバ回路基板１５は磁気遮蔽部２０の開口部以外の部分と対向するように配置されるので、ドライバ回路基板１５が磁気遮蔽部の開口部と対向して配置される場合と比べて、開口部から漏れた磁束の影響が少なくなる。このため、交流バスバー１７からのノイズの影響低減効果を更に高めることができる。

[第３実施形態]
図１４は第３実施形態に係る電力変換装置を示す模式断面図である。本実施形態の電力変換装置１Ｂは、ドライバ回路基板に温度ＩＣが更に実装される点において、上述の第１実施形態と異なっている。その他の構造は第１実施形態と同様であるので、重複説明を省略する。

図１４に示すように、本実施形態の電力変換装置１Ｂでは、各スイッチング素子１３に対してドライバＩＣ１８及び温度ＩＣ２４が１つずつ配置されている。温度ＩＣ２４は、ドライバ回路基板１５の実装面１５ａにおいて、ドライバＩＣ１８と隣接して実装されている。この温度ＩＣ２４は、スイッチング回路部１４のスイッチング素子１３の温度を検出し、その検出結果を制御基板１２に出力する。そして、ドライバ回路基板１５の実装面１５ａの法線方向から温度ＩＣ２４を見たときに、温度ＩＣ２４は、ドライバＩＣ１８と同様にその全体が第１領域Ｓ１と重なる位置に配置されている。

このように構成された電力変換装置１Ｂによれば、上述の第１実施形態と同様な作用効果を得られるほか、更に以下の作用効果を得られる。すなわち、ドライバ回路基板１５の実装面１５ａの法線方向から温度ＩＣ２４を見たときに、温度ＩＣ２４はその全体が第１領域Ｓ１と重なる位置に配置されるので、交流バスバー１７からのノイズによる温度ＩＣ２４への影響を低減することができる。このため、温度ＩＣ２４の安定した動作を確保することができ、温度ＩＣ２４の検出精度を高めることができる。

なお、温度ＩＣ２４の配置位置については、その全体が第１領域Ｓ１と重なる位置に配置されることに限定されない。ドライバ回路基板１５の実装面１５ａの法線方向から温度ＩＣ２４を見た場合、温度ＩＣ２４は、少なくとも一部が上述の第１領域Ｓ１と重なる位置に配置されても良く、又は／及び、第２領域Ｓ２と重なる位置に配置されても良い。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上述の第１実施形態において、１個のスイッチング素子１３につき２個のドライバＩＣ１８が対応するように配置される例を説明したが、１個のスイッチング素子１３に対応するドライバＩＣ１８の数を適宜増減しても良い。

また、上述の実施形態では、交流バスバー１７に流れる電流を検出する電流検出素子１９が設けられる例を説明したが、直流バスバー２５に流れる電流を検出する電流検出素子が更に設けられても良い。このようにすれば、交流側の電流値の検出に加えて直流側の電流値も検出することで、モータ制御の精度を一層高めることができる。

１，１Ａ，１Ｂ 電力変換装置
１０ ケース
１１ 金属ベース板
１２ 制御基板
１３ スイッチング素子
１４ スイッチング回路部
１５ ドライバ回路基板
１５ａ 実装面
１６ 電流センサ基板
１７ 交流バスバー（導体）
１７ａ 出力端子部
１８ ドライバＩＣ
１９ 電流検出素子
２０，２１，２２，２３ 磁気遮蔽部
２０ａ，２１ｂ，２２ｂ 底板部
２０ｂ，２０ｃ，２３ｂ，２３ｃ 側板部
２１ａ，２２ａ，２３ａ 天板部
２１ｃ 右側板部
２２ｃ 左側板部
２４ 温度ＩＣ
２５ 直流バスバー（導体）
２６ 直流電源端子

Claims (7)

1. スイッチング素子を有するスイッチング回路部と、
   前記スイッチング素子に駆動信号を出力するドライバＩＣが実装される実装面を有するドライバ回路基板と、
   前記スイッチング回路部と電気的に接続される長尺状の導体と、
   前記導体に流れる電流を検出する電流検出素子と、
   前記電流検出素子を外部磁界から遮蔽する磁気遮蔽部と、
   を備え、
   前記実装面の法線方向から前記ドライバＩＣを見たときに、前記ドライバＩＣは、少なくとも一部が前記磁気遮蔽部と重なる位置、又は／及び、前記導体の長手方向と直交する方向において前記磁気遮蔽部を挟んで両側の領域と重なる位置に配置されていることを特徴とする電気回路装置。
2. 前記実装面の法線方向から前記ドライバＩＣを見たときに、前記ドライバＩＣは、全体が前記磁気遮蔽部と重なる位置に配置されている請求項１に記載の電気回路装置。
3. 前記磁気遮蔽部は、開口部を有し、
   前記ドライバ回路基板は、前記磁気遮蔽部の前記開口部以外の部分と対向するように配置されている請求項１又は２に記載の電気回路装置。
4. 前記ドライバ回路基板の前記実装面には、前記スイッチング回路部の温度を検出する温度ＩＣが更に実装され、
   前記実装面の法線方向から前記温度ＩＣを見たときに、前記温度ＩＣは、少なくとも一部が前記磁気遮蔽部と重なる位置、又は／及び、前記導体の長手方向と直交する方向において前記磁気遮蔽部を挟んで両側の領域と重なる位置に配置されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気回路装置。
5. 前記スイッチング回路部は、直流電力を交流電力に変換する変換回路を有し、
   前記導体は、前記交流電力を伝達する交流バスバーである請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気回路装置。
6. 前記スイッチング回路部は、直流電力を交流電力に変換する変換回路を有し、
   前記導体は、前記直流電力を伝達する直流バスバーである請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気回路装置。
7. 前記導体は、複数であり、該導体の長手方向と直交する方向に沿って並設され、
   前記磁気遮蔽部は、複数であり、前記複数の導体に対して１対１で設けられるとともに前記導体の並設方向に沿って配置され、
   前記実装面の法線方向から前記ドライバＩＣを見たときに、前記ドライバＩＣは、隣接する前記磁気遮蔽部同士の間の領域と重なる位置に配置されている請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気回路装置。

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